جهاز الإرسال والاستقبال البصري: القوة الدافعة الأساسية في مجال الاتصالات البصرية

في مجتمع المعلومات الحديث، أصبح نقل البيانات عالي السرعة والمستقر حجر الزاوية الذي لا غنى عنه لجميع مناحي الحياة. في سيل البيانات هذا، جهاز الإرسال والاستقبال البصري (الوحدة الضوئية) أصبحت مكونًا مهمًا لبناء شبكة معلومات حديثة عالية السرعة مع قدرتها الفريدة على التحويل الكهروضوئي. باعتبارها الجهاز الأساسي لتحقيق وظائف التحويل الكهروضوئي والتحويل الكهروضوئي لنقل الإشارات الضوئية في معدات اتصالات الألياف الضوئية، فإن الوحدة الضوئية لا تحمل نقل المعلومات فحسب، ولكنها أيضًا قوة دافعة قوية للتطوير المستمر لتكنولوجيا الاتصالات .

تتمثل الوظيفة الأساسية للوحدة الضوئية في تحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات ضوئية للإرسال، واستعادة الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية عند الطرف المتلقي. تبدو عملية التحويل هذه بسيطة، ولكنها تحتوي على مبادئ تقنية معقدة. يقوم جهاز الإرسال البصري (TOSA) الموجود في طرف الإرسال بتعديل الإشارة الكهربائية إلى إشارة ضوئية من خلال ليزر أشباه الموصلات (LD)، ثم ينقلها عبر مسافات طويلة عبر الألياف الضوئية. يستخدم جهاز الاستقبال البصري (ROSA) في الطرف المستقبل صمامًا ثنائيًا للكشف الضوئي (PD) لتحويل الإشارة الضوئية المستقبلة إلى إشارة كهربائية، والتي يتم إخراجها بعد ذلك بعد معالجتها بواسطة مضخم أولي. في هذه العملية، لا تحتاج الوحدة الضوئية إلى كفاءة تحويل كهروضوئية عالية فحسب، بل تحتاج أيضًا إلى ضمان استقرار الإشارة وسلامتها للتعامل مع بيئة الاتصال المعقدة والمتغيرة.

إن تاريخ تطوير الوحدات البصرية مليء بالابتكار والتغيير. منذ ظهور الهواتف الثابتة المبكرة وحتى الاتصالات اللاسلكية من الجيلين الثاني والثالث، كان تطور تكنولوجيا الاتصالات يدور دائمًا حول الإشارات الكهربائية. مع زيادة مسافة الإرسال وزيادة تردد الإشارة، أصبح فقدان وتشوه نقل الإشارة الكهربائية بارزًا بشكل متزايد، مما يحد من زيادة تحسين سرعة الاتصال وجودته. من أجل التغلب على هذا الاختناق، ظهرت الوحدات الضوئية إلى حيز الوجود، لتحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات بصرية للإرسال، وبالتالي تحقيق نقل المعلومات لمسافات طويلة، وسرعة عالية، ومنخفضة الخسارة.

كما أن أنواع ووظائف الوحدات البصرية تتطور باستمرار. بدءًا من وحدات SFP المبكرة (Small Form-Factor Pluggable) ذات الحزمة الصغيرة القابلة للتوصيل إلى وحدات XFP وSFP اللاحقة وغيرها من الوحدات المصغرة عالية السرعة، لم تعمل الوحدات الضوئية على تحسين سرعتها بشكل مستمر فحسب، بل تتمتع أيضًا بأشكال تعبئة أكثر مرونة وتنوعًا. تدعم هذه الوحدات التبديل السريع والتوصيل والتشغيل، مما يبسط إلى حد كبير عملية صيانة وترقية معدات الشبكة. مع التطوير المستمر لتكنولوجيا ضوئيات السيليكون، أصبحت وحدات السيليكون الضوئية اتجاهًا مهمًا للتنمية في مجال الاتصالات البصرية المستقبلية مع مزاياها المتمثلة في انخفاض استهلاك الطاقة والتكلفة المنخفضة وعرض النطاق الترددي الكبير ومعدل الإرسال العالي.

يتم استخدام الوحدات الضوئية بشكل متزايد في مراكز البيانات وشبكات الاتصالات ومحطات الوصول وغيرها من المجالات. تلعب الوحدات الضوئية، باعتبارها المكونات الأساسية للطبقة المادية، دورًا حيويًا، خاصة في بناء شبكات 5G. تمت إعادة تقسيم شبكة الوصول الراديوي (RAN) لشبكات الجيل الخامس إلى وحدات هوائي نشط (AAU)، ووحدات توزيع (DU)، ووحدات مركزية (CU)، مما يضع متطلبات أعلى على الوحدات الضوئية. في المحطة الأساسية على جانب الشبكة اللاسلكية، ستتم ترقية الوحدة الضوئية الأمامية بين AAU وDU من 10G إلى 25G، كما تمت إضافة الطلب على الوحدات الضوئية متوسطة المدى بين DU وCU حديثًا. لا تعمل هذه التغييرات على تعزيز الترقية المستمرة لتقنية الوحدات الضوئية فحسب، بل توفر أيضًا دعمًا قويًا لتسويق شبكات الجيل الخامس.

في المستقبل، ستستمر الوحدات الضوئية في التطور في اتجاه السرعة العالية، والحجم الصغير، والاستهلاك المنخفض للطاقة، والمسافة الطويلة، والقابلية للتوصيل السريع. مع الزيادة المستمرة في طلب المستخدمين على عرض النطاق الترددي لشبكات الاتصالات الضوئية، ستعمل صناعة الوحدات الضوئية على تسريع وتيرة الابتكار التكنولوجي وتعزيز المنتجات لتطويرها في اتجاه سرعة أعلى وتكامل أعلى واستهلاك أقل للطاقة. وفي الوقت نفسه، فإن ظهور تقنيات جديدة مثل التغليف المشترك الإلكتروني البصري (CPO) سيعمل على تقصير مسار نقل الإشارة، وتحسين الأداء، وإتاحة إمكانيات جديدة في مجال الاتصالات البصرية.